指向深度教學(xué)的初中物理綜合實踐活動
——以“油量表的設(shè)計”為例

王曉琳 劉沁心

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)江寧分校，江蘇 南京 211102)

深度教學(xué)是相對于淺層教學(xué)而言的一種教學(xué)理念、教學(xué)模式．深度教學(xué)最早由郭元祥教授提出,是郭元祥教授2007年以來開展的一項改革實驗研究項目．深度教學(xué)以引導(dǎo)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)為目標(biāo),主張借助知識的深度處理,使學(xué)生從知識的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā),實現(xiàn)對知識的完整處理與系統(tǒng)把握的目標(biāo),是帶領(lǐng)學(xué)生從傳統(tǒng)的符號學(xué)習(xí)向現(xiàn)代的學(xué)科思想以及意義系統(tǒng)學(xué)習(xí)的有效憑借．而綜合實踐活動在新課程改革中占據(jù)重要的位置,綜合實踐活動追求的核心價值是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新精神、良好的個性品質(zhì),以及綜合運用學(xué)科知識、自主獲取知識的能力．

目前我們在開展初中物理綜合實踐活動時,有兩個來源:一是蘇科版每個章節(jié)后面的“綜合實踐活動”欄目,為學(xué)生提供自主研究的課題．二是教師自己開發(fā)研究的課題,內(nèi)容具有一定的綜合性,與生活和社會有較緊密的聯(lián)系,利用課題研究使學(xué)生經(jīng)歷相對完整的探究過程,有利于發(fā)展學(xué)生的個性和特長．本案例屬于教師自主開發(fā)的課題．

1 課題提出的背景

在蘇科版第14章第2節(jié)“變阻器”的課后習(xí)題中,有一道有關(guān)油量表的題目,書中將油量表的設(shè)計圖(圖1)提供給學(xué)生,讓學(xué)生講講工作原理．本題對學(xué)生的思維要求:知道油量變化引起滑動變阻器的阻值變化,從而影響電路中電流的大小．

本題涉及到的知識點:杠桿問題、滑動變阻器引起的電路變化問題、電路的安全問題等,是一道比較綜合的題目．因此在期末總復(fù)習(xí)時,可以圍繞這個題目,開展一個關(guān)于油量表設(shè)計的小課題,綜合運用所學(xué)的知識來解決問題．

圖1

2 案例設(shè)計

2.1 課題引入

教師演示:自制一個油量表模型(圖2),通過加水讓指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．問學(xué)生,油量表是用什么電表改裝的?請說說工作原理．

圖2

然后教師拋出今天所要解決的第1個問題:油量表可以用電壓表改裝嗎?

2.2 設(shè)計電路環(huán)節(jié)

實驗器材:滑動變阻器RP(80 Ω 2 A),定值電阻R=10 Ω,電壓表0-15 V,學(xué)生電源18 V,導(dǎo)線,開關(guān)．

請學(xué)生在以下方框中(圖3)設(shè)計出電路圖:

圖3

學(xué)生通過討論,設(shè)計了以下2種電路圖,如圖4、5所示．

圖4

圖5

讓學(xué)生試著用不同的方法來解釋這樣設(shè)計的原理．

方法2:油量變大,指針下移,滑動變阻器電阻變小,根據(jù)串聯(lián)分壓原理,滑動變阻器兩端的電壓UP變小,根據(jù)U′=U總-Up,則U′變大．

對于圖5，由于滑動變阻器接入電路的接法不同,故油量變大,指針下移,滑動變阻器電阻變大,故將電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端．

圖6

繼續(xù)啟發(fā)學(xué)生,假如采用圖6這樣的接法,能否通過改變杠桿的設(shè)計來達到油量變大,電表示數(shù)變大的效果．

學(xué)生思考,要讓電壓表示數(shù)變大,滑動變阻器電阻要變大,對應(yīng)油量增加．但在原來的圖中,油量增加,滑片下移,滑動變阻器電阻應(yīng)該變?。绾巫層土孔兇?滑片上移呢?

通過討論,大家設(shè)計出了圖7,將杠桿的支點移到杠桿的頂端,就解決了上面的問題．

圖7

于是,大家共設(shè)計出了3種電路，如圖8—10所示.

圖8

圖9

圖10

設(shè)計思路： 此環(huán)節(jié)為產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié),通過設(shè)計,讓學(xué)生學(xué)會綜合運用歐姆定律、分壓原理等知識解決滑片移動引起電路電表變化的問題,同時結(jié)合杠桿知識,解決支點在同側(cè)和異側(cè),引起的動力和阻力移動的方向問題．培養(yǎng)學(xué)生的綜合解決問題的能力、創(chuàng)新的意識．

2.3 器材要求環(huán)節(jié)

2.3.1 安全問題

圖11

產(chǎn)品設(shè)計出來后,其實本質(zhì)就以下3個電路(如圖11—13)．現(xiàn)在提供以下器材:滑動變阻器RP(80 Ω，2 A),定值電阻R=10 Ω,電壓表0—15 V,電流表0—0.6 A,學(xué)生電源18 V,導(dǎo)線,開關(guān)．

圖12

圖13

結(jié)合圖11,讓學(xué)生思考,是否滑動變阻器可以任意滑動?

然后繼續(xù)追問,如何解決這個問題?

學(xué)生通過討論,提出了兩個方案,方案1:在電路中再串聯(lián)一個20 Ω的電阻;方案2:在滑動變阻器20 Ω的地方設(shè)置一個卡．(本題的思維方式,和2014年南京市中考的壓軸題相似)

2.3.2 電表的改裝問題

接著再問,油量表的零刻度一定對應(yīng)電表的零刻度線嗎?

學(xué)生通過分析可知,圖5、圖9,電壓表接在滑動變阻器兩端,當(dāng)滑動變阻器為0時,電壓表示數(shù)可以達到0,其他4個設(shè)計圖不可能為0．

教師接著問,以圖1為例,假設(shè)油量為0時,滑片在最上方,請大家計算一下,油量零刻度對應(yīng)電流表的什么示數(shù)?

點評： 設(shè)計產(chǎn)品的時候,要考慮器材的規(guī)格問題,才能確保產(chǎn)品的正常使用．在本環(huán)節(jié)中,運用到了電路的安全問題知識,電表改裝問題知識等,并提出了具體的解決方案．從第一環(huán)節(jié)設(shè)計電路,到現(xiàn)在的實際的功能性實現(xiàn)之間是有很多問題要解決的,人類歷史上任何一個科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)到變成產(chǎn)品投入生產(chǎn),要解決很多的實際問題,而在解決問題的過程中提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．

圖14

在本節(jié)課最后,介紹一下目前真正的油量表系統(tǒng),指針式的油量表(圖14)早已經(jīng)被淘汰,用的都是電子式的．同時滑動變阻器也不是用的杠桿裝置,而是感應(yīng)式的壓敏電阻．但基本原理和我們今天討論的還是一致的．

3 結(jié)束語

本案例充分運用深度學(xué)習(xí)具有的兩個顯著的特征:學(xué)生的主體性與教學(xué)的深層性．首先,學(xué)生的主體性．深度教學(xué)雖然以教學(xué)為目標(biāo),但在教學(xué)過程的實施中更加看重學(xué)生的主體地位,以學(xué)生內(nèi)在的發(fā)展與提升為重點;其次,教學(xué)的深層性．深度教學(xué)并非簡單意義上的增加知識容量,或者提升知識難度,而是在學(xué)生理解的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生對知識、技能等有更為深刻的認知．